JP2000173651A - 二次電池用非水電解液 - Google Patents
二次電池用非水電解液Info
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Abstract
含む二次電池用非水電解液において、シリコ−ンオイル
とフルオロポリオキシエチレンエ−テルからなるフッ素
系非イオン界面活性剤とを含有させてなる二次電池用非
水電解液。 【効果】 電解質としてリチウム化合物を含む二次電池
用非水電解液において、分解ガスの発生を抑制し電池の
膨れ防止を果すことができると共に、充放電特性やイン
ピ−ダンス特性を改善できる。
Description
ウム化合物を電解質として含有する二次電池用非水電解
液の改良技術に関する。
ラップトップコンピュータ等の新しいポータブル電源と
して、特に、従来のニッケルーカドミニウム(Ni−C
d)二次電池や鉛二次電池に比べ軽量で高容量且つ高エ
ネルギー密度のリチウム二次電池が注目されている。
の電解質としては、LiPF6、LiBF4等が、また、
非水溶媒としては、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチ
レン(EC)、γーブチロラクトン(GBL)、炭酸ジ
メチル(DMC)、炭酸エチルメチル(MEC)、炭酸
ジエチル(DEC)、酢酸エチル(EA)、プロピオン
酸メチル(MPR)、1,2−ジメトキシエタン(DM
E)、2−メチルテトラヒドロフラン(2−MeTH
F)等が用いられている。
又はグラファイト等からなる炭素材料は上記電解質と反
応し、その反応生成物が電極表面に被膜となって付着
し、その被膜が電池特性に大きく影響を与える。そこ
で、電池特性に悪影響を及ぼさないよう電解液組成が工
夫されており、一般に、上記PCあるいはEC等の炭酸
エステル類は、リチウムと反応してイオン伝導性を有す
る炭酸塩の被膜を生成する為、電池内部抵抗の増加等の
電池特性に及ぼす悪影響は少なく、さらに、この被膜が
負極表面の保護膜となり、電池の保存特性等を良好にし
ているので、従来よりリチウム二次電池用非水電解液の
主成分となっている。しかし、当該炭酸エステル類は、
二次電池の充電放電時あるいは高温下での保存中に、分
解により炭酸ガスやオレフィンガスを生成する為、内圧
が上昇し、電池が膨れるという問題があった。また、当
該炭酸エステル類は、比較的融点が高く、また、当該炭
酸プロピレン(PC)あるいは炭酸エチレン(EC)等
の環状のものは、粘性率が高く、さらに、上記炭酸ジメ
チル(DMC)あるいは炭酸ジエチル(DEC)等の直
鎖状のものは、誘電率が低い為、上記γーブチロラクト
ン(GBL)あるいは酢酸エチル(EA)等のカルボン
酸エステル類と比較すると、電解液溶媒とした時の電解
液の導電率が小さいという欠点がある。従って、高出力
な二次電池として要求される充分な急速充電特性あるい
は低温放電特性が得られ難かった。上記において、本発
明者等の検討によれば、シリコ−ンオイルを添加する
と、非水電解液の分解による炭酸ガスやオレフィンガス
等の発生を抑制できるので、電池の膨れを防止でき、
又、充放電特性やインピ−ダンス特性を改善できること
が分かったが、なお、充放電特性やインピ−ダンス特性
については改良の余地があることが分かった。
技術の有する欠点を解消できる技術を提供することを目
的としたものである。本発明の前記ならびにそのほかの
目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面か
らもあきらかになるであろう。
電解質としてリチウム化合物を含む二次電池用非水電解
液において、次の式1で表されるシリコ−ンオイルとフ
ルオロポリオキシエチレンエ−テルからなるフッ素系非
イオン界面活性剤とを含有させてなることを特徴とする
二次電池用非水電解液に係るものである。
異なっていてもよい。n=0〜1000。
は、例えば、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチレン
(EC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル
(MEC)、炭酸ジエチル(DEC)、γーブチロラク
トン(GBL)、酢酸エチル(EA)、プロピオン酸メ
チル(MPR)、プロピオン酸エチル(EPR)、1,
2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシ
エタン(DEE)、2−メチルテトラヒドロフラン(2
−MeTHF)、テトラヒドロフラン(THF)、スル
ホラン(SL)、メチルスルホラン(MeSL)等従来
より二次電池用非水電解液において用いられているよう
な溶媒を使用することができるが、前記目的から、炭酸
エステル類を使用することが好ましい。これらは二種以
上を混合してもよい。
は、電解質としてリチウム化合物を使用する。これによ
り、本電解質はリチウム二次電池の電解液として特に有
用となる。このようなリチウム化合物としては、従来の
リチウム二次電池において用いられているものを使用す
ることができる。例えば、LiClO4、LiAsF6、
LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF
3SO2)2、LiC(CF3SO2)3等を使用できる。電
解質であるリチウム化合物の二次電池用非水電解液中で
の濃度は、導電率の点等から0.1〜3.0mol/リ
ットル、好ましくは0.3〜2.0mol/リットルと
するとよい。
オイルにおける式1中のR は、メチル基、エチル基等の
アルキル基であり、同一でも、異なっていてもよい。ま
た、nは、0〜1000である。nが1000を超える
ときには、非水電解液の分解によるガス発生の抑制効果
や充放電特性やインピ−ダンス特性の改善に難点を生じ
る。上記シリコ−ンオイルは、市販のものを使用するこ
とができ、具体例としては、信越化学工業株式会社製K
F96(以下、KF96と称する)等が挙げられる。当
該シリコ−ンオイルには、上記のようなシリコ−ンオイ
ルを溶剤に溶かした溶液型や各種添加剤を配合したもの
等の二次製品的なものも包含する。
濃度は、0.002〜2重量%であることが好ましい。
0.002重量%未満では、高温保存下における非水電
解液の分解によるガス発生の抑制効果、また、充放電、
インピ−ダンス特性の改善効果が充分でなく、一方、2
重量%を超えても、当該効果が飽和し、逆に電池容量が
低下する傾向にある。
活性剤は、次の式2で表されるフルオロアルキル基を有
する非イオン界面活性剤で、疎水基として当該フルオロ
アルキル基を有し、又、これに親水基を導入した界面活
性剤である。
疎水基のフルオロアルキル基は、その炭素数(x)が1
のCF3や、炭素数(x)が2〜16のパ−フルオロア
ルキル基例えばC2F5、C3F7等により構成される。
上記x及びyの値が上記範囲を逸脱する時には、充放電
時、高温保存下における非水電解液の分解によるガス発
生の抑制効果や充放電特性の改善効果が充分でなくな
る。上記疎水基を有する中間体に、親水基としてポリオ
キシエチレンを付加導入することにより、フルオロポリ
オキシエチレンエ−テルからなるフッ素系非イオン界面
活性剤を構成できる。
活性剤の具体例としては、次の式3で表されるフルオロ
ポリオキシエチレンエ−テルが挙げられる。
電、高温保存下における非水電解液の分解によるガス発
生の抑制効果、また、充放電特性の改善効果が充分でな
く、一方、20を超えても、当該効果が飽和し、逆に電
池容量が低下する傾向にある。
剤としては、市販のものが使用でき、例えば、株式会社
ネオス社製の商品名フタ−ジェントFT−251(以
下、単に、FT−251という),FT−250等が使
用できる。
ン界面活性剤の他の例としては、例えば、次の式4で表
される界面活性剤が挙げられる。
ロアルキル(基)、Zは、上記Rfの炭素および(C
H2)aの炭素原子に結合した2価の架橋基、R1及びR2
は、同一又は相異なる水素原子またはメチル基、Iは、
0又は1の整数、aは、1〜12の整数、bは、30〜
100の整数である。上記Zの2価の架橋基の例として
は、エ−テル[−O−、−(CH2)2−O−]が挙げら
れる。当該フッ素系非イオン界面活性剤の具体例として
は、1,1,2,2−テトラハイドロ・パ−フロロオク
タノ−ル・ポリオキシエチレン付加重合体、N−プロピ
ルパ−フロロオクタンスルホンアミドエタノ−ル・ポリ
オキシエチレン付加重合体、6−(パ−フロロオクチ
ル)ヘキサノ−ル−1・ポリオキシエチレン付加重合体
が挙げられる。
は、0.001〜0.1重量%であることが好ましい。
0.001重量%未満では、充放電、高温保存下におけ
る非水電解液の分解によるガス発生の抑制効果、また、
充放電特性、インピ−ダンス特性の改善効果が充分でな
く、一方、0.1重量%を超えても、当該効果が飽和
し、逆に電池容量が低下する傾向にある。
ば、非水溶媒を撹拌しながら、その中に電解質としてリ
チウム化合物を添加して溶解させ、上記シリコ−ンオイ
ル及び界面活性剤を添加して溶解させることにより製造
することができる。
ム化合物を電解質とする、種々の構成の二次電池に適用
することができる。例えば、リチウム金属、リチウム合
金またはリチウムをドープ・脱ドープすることができる
材料からなる負極を有するリチウム二次電池に好ましく
適用することができる。ここで、リチウム合金として
は、リチウムーアルミニウム合金を例示することができ
る。また、リチウムをドープ・脱ドープすることができ
る材料としては、例えば、熱分解炭素類、コークス類
(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス
等)、グラファイト類、有機高分子化合物焼成体(フェ
ノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化
したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料等を使用す
ることができる。
から形成することができる。例えば、LiCoO2、L
iNiO2、LiMn2O4、LiMnO2などのLixM
O2(ここで、Mは一種以上の遷移金属であり、xは電
池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦
1.20である)で表される、リチウムと一種以上の遷
移金属との複合酸化物や、FeS2、TiS2、V2O5、
MoO3、MoS2などの遷移元素のカルコゲナイトある
いはポリアセチレン、ポリピロール等のポリマー等を使
用することができる。
二次電池の形状については特に限定されることはなく、
ボタン型、円筒型、角型、コイン型等の種々の形状にす
ることができる。
る。
二次電池につき、図1に基づいて説明する。図1に示す
ごとく、本例の非水電解液二次電池1は、正極2と負極
3とセパレータ4と非水電解液5とボタン型電池容器6
と正極側集電体7と負極側集電体8とガスケット9とを
有してなる。上記正極2としては、LiCoO2を正極
活物質とする合剤をペレット状に加圧成形した成形品を
使用した。また、負極3としては、コークスを負極活物
質担体とした合剤をペレット状に加圧成形した成形品を
使用した。非水電解液5には、炭酸エチレン(EC)と
炭酸ジエチル(DEC)との混合溶媒(容量比2:3)
に、LiPF6からなる電解質を濃度1mol/リット
ルにて含有させ、さらに、シリコ−ンオイルKF96を
0.05%、フッ素系非イオン界面活性剤FT−251
を0.003%含有してなる溶液を使用した。上記セパ
レータ4にはポリプロピレン製の不織布よりなるセパレ
ータを用いた。また、正極側集電体7はステンレス鋼に
より構成し、一方、負極側集電体8はニッケルエキスパ
ンドメタルにより構成した。さらに、前記電池容器6は
ステンレス鋼より構成し、その正極缶と負極缶をポリプ
ロピレンのガスケット9により固定した。以上のように
して作製した電池について、電池容量、低温放電時の電
池容量、電池インピ−ダンスを調べた。尚、充電は定電
流法とし、上限電圧を4.2V、定電流での電流密度を
0.60(0.2C)mA/cm2 に設定し、放電は、
電流密度を0.60(0.2C)mA/cm2または3
(1C)mA/cm2の定電流で行ない、終止電圧は
2.7Vとした。通常充放電は20℃で100サイクル
行ない、100サイクル目の放電容量で評価した。ま
た、高温保持容量は0,2Cの通常充電した電池を温度
50℃の環境下に100時間放置した後、20℃に冷却
し、0,2Cの通常放電を実施して電池容量の比較によ
り評価した。
を、炭酸エチレン(EC)と炭酸ジメチル(DMC)と
の混合溶媒(容量比1:1)にシリコ−ンオイルKF9
6を0.3%、フッ素系非イオン界面活性剤FT−25
1を0.01%を含有させたものに変えた以外は、上記
実施例1と同様にしてボタン型電池を作製し、実施例1
と同様の条件下で、電池容量、低温及び高温時の電池容
量、インピ−ダンスを調べた。
添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてボタン型
電池を作製し、実施例1と同様の条件下で、電池容量、
低温及び高温時の電池容量、インピ−ダンスを調べた。
を添加しなかった以外は、実施例2と同様にしてボタン
型電池を作製し、実施例1と同様の条件下で、電池容
量、低温及び高温時の電池容量、インピ−ダンスを調べ
た。
オイル及び界面活性剤を添加しなかった以外は、実施例
1と同様にしてボタン型電池を作製し、実施例1と同様
の条件下で、電池容量、低温及び高温時の電池容量、イ
ンピ−ダンスを調べた。
オイル及び界面活性剤を添加しなかった以外は、実施例
2と同様にしてボタン型電池を作製し、実施例1と同様
の条件下で、電池容量、低温及び高温時の電池容量、イ
ンピ−ダンスを調べた。
す。図2は、実施例1と比較例1及び比較例3の低温放
電後のインピ−ダンス曲線を示す。又、図3は、実施例
3と比較例2及び比較例4の低温放電後のインピ−ダン
ス曲線を示す。
イル及び界面活性剤を添加した電解液(実施例1、2)
は、100サイクル目の放電容量、低温放電時及び高温
保持後の放電時の電池容量の全てにおいて、当該シリコ
−ンオイルのみを加えた電解液(比較例1、比較例2)
及び当該シリコ−ンオイル及び界面活性剤を加えない電
解液(比較例3、比較例4)に比較して、増加が見ら
れ、効果があることが判る。また、図2は、実施例1と
比較例1及び比較例3の低温放電後のインピ−ダンス曲
線を示すが、当該図2に示すように、実施例1は比較例
1及び比較例3に比べてインピ−ダンスが下がり優れて
いることが判る。又、同様に、図3に示すように、実施
例3は比較例2及び比較例4に比べてインピ−ダンスが
下がり優れていることが判る。尚、シリコ−ンオイル及
び界面活性剤を添加した実施例1及び2の電解液につい
て、電池の膨れ状態を、90℃、100時間放置後に、
電池を分解し、電解液を赤外分光光度計を使用して炭酸
ガス濃度を測定して評価した所、シリコ−ンオイル及び
界面活性剤を添加しない比較品の電解液中の炭酸ガス濃
度は1000〜1200ppmであったのに対し、本発
明品は1000ppm以下で電池の膨れ防止効果がある
ことを確認した。
例にもとずき具体的に説明したが、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、
上記実施例では、電池の形状はボタン型で説明を行なっ
たが、これに限定されるものではなく、他の角型、円筒
型、コイン型等であっても同様の効果を得ることが出来
る。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明によれば、二次電
池用非水電解液において、分解ガスの発生を抑制し電池
の膨れ防止を果すことができると共に、充放電特性やイ
ンピ−ダンス特性を改善できる。即ち、シリコ−ンオイ
ルを添加することにより、分解ガスの発生を抑制し電池
の膨れ防止を果すことができ、電極特に負極表面に良好
な皮膜を生成するが、その皮膜が不均一であると負極表
面の細部まで液の浸透がないことがある。その為に、充
分な放電特性を示さない時があるが、シリコ−ンオイル
に加えて、更に、上記界面活性剤を添加することによ
り、負極表面細部まで均一な皮膜を生成することがで
き、非水電解液を用いた二次電池の放電特性、低温放電
特性及び高温放電特性をより一層向上させることができ
る。
電池の一例断面図である。
温放電後のインピ−ダンス曲線を示すグラフである。
温放電後のインピ−ダンス曲線を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 非水溶媒と、電解質としてリチウム化合
物を含む二次電池用非水電解液において、次の式1で表
されるシリコ−ンオイルとフルオロポリオキシエチレン
エ−テルからなるフッ素系非イオン界面活性剤とを含有
させてなることを特徴とする二次電池用非水電解液。 【式1】 但し、上記式中のR は、アルキル基であり、同一でも、
異なっていてもよい。n=0〜1000。 - 【請求項2】 二次電池用非水電解液中のシリコ−ンオ
イルの濃度が0.002〜2重量%、請求項1に記載の
フッ素系非イオン界面活性剤の濃度が0.001〜0.
1重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の二
次電池用非水電解液。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36604498A JP4465499B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 二次電池用非水電解液 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36604498A JP4465499B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 二次電池用非水電解液 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000173651A true JP2000173651A (ja) | 2000-06-23 |
JP4465499B2 JP4465499B2 (ja) | 2010-05-19 |
Family
ID=18485784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36604498A Expired - Lifetime JP4465499B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 二次電池用非水電解液 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4465499B2 (ja) |
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